張利民

（天津天啟七星建筑技術(shù)服務(wù)有限公司，天津 300271）

鋼結(jié)構(gòu)是土木工程的主要結(jié)構(gòu)類型之一，是用鋼板、熱軋型鋼或冷加工成型的薄壁型鋼制造而成的，在房屋建筑、地下建筑、礦山建筑、水工建筑、倉儲建筑、橋梁、塔桅、海洋平臺、港口、油氣等壓力容器以及管道中都得到廣泛應(yīng)用。

門式剛架結(jié)構(gòu)是一種輕型房屋結(jié)構(gòu)體系，以等截面或變截面輕型焊接H型鋼、等截面熱軋H型鋼或冷彎薄壁型鋼等構(gòu)成的實(shí)腹式門式剛架或格構(gòu)式門式剛架作為主要承重骨架，用冷彎薄壁型鋼(槽鋼、卷邊C形、Z形等)做凜條、墻梁;以壓型鋼板、壓型鋁板做屋面和墻面;采用聚苯乙烯泡沫塑料、硬質(zhì)聚氨酷泡沫塑料、巖棉、礦棉、玻璃棉等作為保溫隔熱材料并適當(dāng)設(shè)置支撐。

1 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式

門式剛架又稱為山形門式剛架.其結(jié)構(gòu)形式多種多樣。按構(gòu)件體系分，有實(shí)腹式與格構(gòu)式;按截面形式分，有等截面和變截面;按結(jié)構(gòu)用材分，有普通型鋼、薄壁型鋼和鋼管;按跨度可以分為單跨、雙跨和多跨剛架;按屋面坡向分為單脊單坡、單脊雙坡、多脊多坡等。在單層工業(yè)與民用房屋鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多的單跨或多跨的單、雙坡門式剛架(根據(jù)需要可帶挑檐或毗屋)。根據(jù)通風(fēng)、采光的需要，這種剛架廠房可設(shè)置通風(fēng)口、采光帶和天窗架等，目前單跨剛架跨度國內(nèi)最大已達(dá)到72 m。

對于多跨剛架，在相同跨度條件下，多脊多坡與單脊雙坡剛架用鋼量大致相當(dāng)。但多脊多坡剛架的內(nèi)天溝容易產(chǎn)生滲漏及堆雪等問題，而連續(xù)的長坡壓型鋼板屋面有利于排水，因此常做成單脊大雙坡屋面。對于單脊雙坡多跨剛架.無橋式吊車時(shí)，且當(dāng)剛架柱不是很高，風(fēng)荷載也不很大時(shí)，中柱宜采用兩端鉸接的搖擺柱。中間搖擺柱和梁的連接構(gòu)造簡單，而且制作和安裝都省工。搖擺柱不參與抵抗側(cè)向力，截面可以用得較小。但設(shè)有橋式吊車時(shí)，中柱宜為兩端剛接，以增加剛架側(cè)向剛度。

2 結(jié)構(gòu)布置

2.1 門式剛架布置

門式剛架的跨度指橫向剛架柱之間的距離，跨度宜為9-36m，宜以3m為模數(shù)，必要時(shí)可不受模數(shù)限制;當(dāng)邊柱寬度不等時(shí)，其外側(cè)應(yīng)對齊。門式剛架的高度，應(yīng)取地坪至柱軸線與斜梁軸線交點(diǎn)的高度，宜采用4.5m-9.0m，當(dāng)有橋式吊車時(shí)不宜大于12m.高度應(yīng)根據(jù)使用要求的室內(nèi)凈高確定，有吊車的廠房應(yīng)根據(jù)軌頂標(biāo)高和吊車凈空要求來確定。柱的軸線可取通過柱下端(較小端)中心的豎向軸線。工業(yè)建筑邊柱的定位軸線宜取柱外皮。斜梁的軸線可取通過變截面梁段最小端中心與斜梁上表面平行的軸線。

2.2 檀條和墻梁布置

屋面檀條一般等間距布置，但在屋脊處，應(yīng)沿屋脊兩側(cè)各布置一道檀條，使屋面板外伸寬度不要太長(應(yīng)小于200 mm)，在天溝附近應(yīng)布置一道檀條，以便于天溝的固定。檀條間距應(yīng)考慮天窗、通風(fēng)屋脊、采光帶、屋面材料、檀條供貨規(guī)格等因素的影響并按計(jì)算確定。

側(cè)墻墻梁的布置，應(yīng)考慮設(shè)置門窗、挑檐、遮雨篷等構(gòu)件和圍護(hù)材料的要求。當(dāng)采用壓型鋼板作圍護(hù)墻面時(shí)，墻梁宜布置在剛架柱的外側(cè)，其間距隨墻板板型和規(guī)格確定，且不應(yīng)大于由計(jì)算確定的數(shù)值。

2.3 支撐與剛性系桿的布置

門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的支撐，可采用帶張緊裝置的十字交叉圓鋼支撐，圓鋼與相連構(gòu)件的夾角應(yīng)在300---600范圍內(nèi)，宜接近450.當(dāng)設(shè)有起重量不小于5t的橋式吊車時(shí)，柱間宜采用型鋼支撐;在溫度區(qū)段端部吊車梁以下不宜設(shè)置柱間剛性支撐。

3 設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的幾個(gè)要點(diǎn)

3.1 門式剛架中組成構(gòu)件的板件較薄，對制作、涂裝、運(yùn)輸、安裝的要求較高。焊接構(gòu)件板的厚度不應(yīng)小于3.0 mm，冷彎薄壁構(gòu)件中板的最小厚度為1.5 mm，屋面、墻面壓型鋼板基材厚度不宜小于0.4 mm。門式剛架構(gòu)件由于板件較薄，抗彎剛度、抗扭剛度較小，在運(yùn)輸和安裝過程中應(yīng)采取措施防止構(gòu)件發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，同時(shí)還要重視支撐體系和隅撐的布置，重視屋面板、墻面板與擦條、墻梁等構(gòu)件的連接構(gòu)造。

3.2 框架斜梁的豎向撓度限值一般情況規(guī)定為1/180，除驗(yàn)算坡面斜梁撓度外，是否要驗(yàn)算跨中下垂度？現(xiàn)在了解到，美國是計(jì)算的。他們作框架分析，一般是將構(gòu)件分段，用等截面程序計(jì)算，每段都要計(jì)算水平和豎向位移，不能大于允許值，等于要驗(yàn)算跨中垂度?？缰写苟确从澄菝尕Q向剛度，剛度太小豎向變形就大。要的度本來就小，脊點(diǎn)下垂后引起屋面漏水，是漏水的原因之一。有的工程由于屋面豎向剛度過小，第一榀剛架與山墻間的屋面出現(xiàn)斜坡，使屋面變形?，F(xiàn)在打算做個(gè)規(guī)定，剛架側(cè)移后，當(dāng)山尖下垂對坡度影響較大時(shí)，要驗(yàn)算山尖垂度，以便對屋面剛度進(jìn)行控制。

3.3 少數(shù)單位設(shè)計(jì)的門式剛架，采用鋼筋混凝土柱和輕鋼斜梁組成，斜梁用豎放式端板與砼柱中的預(yù)埋螺栓相連，形成剛接，目的是想節(jié)省鋼材和降低造價(jià)。在廠房中，的確是有用砼柱和鋼桁架組成的框架，但此時(shí)梁柱只能鉸接，不能剛接。多高層建筑中，鋼梁與墻的連接也是如此。因?yàn)榛炷潦且环N脆性材料，雖然構(gòu)件可以通過配筋承受彎矩和剪力，但在連接部位，它的抗拉、抗沖切的性能很并，在外力作用下很容易松動(dòng)和破壞。

3.4 支撐和剛性系桿的布置應(yīng)符合下列要求

①在每個(gè)溫度區(qū)段或分期建設(shè)的區(qū)段中，應(yīng)分別設(shè)置能獨(dú)立構(gòu)成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的支撐體系。

②在設(shè)置柱間支撐的開間，宜同時(shí)設(shè)置屋蓋橫向支撐，以組成幾何不變體系。屋蓋橫向支撐宜設(shè)在溫度區(qū)間端部的第一個(gè)或第二個(gè)開間。當(dāng)端部支撐設(shè)在第二個(gè)開間時(shí)，在第一個(gè)開間的相應(yīng)位置應(yīng)設(shè)置剛性系桿。

③柱間支撐的間距應(yīng)根據(jù)房屋縱向柱距、受力情況和安裝條件確定。當(dāng)無吊車時(shí)宜取30m-45m。當(dāng)有吊車時(shí)宜設(shè)在溫度區(qū)段中部，當(dāng)溫度區(qū)段較長時(shí)宜設(shè)在三分點(diǎn)處，且間距不宜大于60m。

④當(dāng)房屋高度相對于柱間距較大時(shí)，柱間支撐宜分層設(shè)置。當(dāng)建筑物寬度大于60 m時(shí)，在內(nèi)柱列宜適當(dāng)增加柱間支撐。

⑤在剛架轉(zhuǎn)折處 (單跨房屋邊柱柱頂和屋脊，以及多跨房屋某些中間柱柱頂和屋脊)應(yīng)沿房屋全長設(shè)置剛性系桿。

⑥由支撐斜桿等組成的水平析架，其直腹桿宜按剛性系桿考慮。

⑦剛性系桿可由擦條兼作，此時(shí)擦條應(yīng)滿足對壓彎桿件的剛度和承載力要求。當(dāng)不滿足時(shí)，可在剛架斜梁間設(shè)置鋼管、H型鋼或其它截面形式的桿件。

⑧在設(shè)有帶駕駛室且起重量大于15t橋式吊車的跨間，應(yīng)在屋蓋邊緣設(shè)置縱向支撐析架.當(dāng)橋式吊車起重量較大時(shí)，尚應(yīng)采取措施增加吊車梁的側(cè)向剛度。

結(jié)束語

綜上所述，在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)當(dāng)從工程實(shí)際出發(fā)，合理選用鋼材，選擇高強(qiáng)度、具有較好經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的鋼材;在結(jié)構(gòu)方案選擇上，應(yīng)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化的結(jié)構(gòu)布置;在連接設(shè)計(jì)中.應(yīng)選用構(gòu)造簡單、傳力直接的節(jié)點(diǎn)形式，并應(yīng)滿足構(gòu)造要求;另外，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，還應(yīng)保證鋼結(jié)構(gòu)在加工、運(yùn)輸、安裝和使用過程中的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求，并應(yīng)針對鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際，滿足防火、防腐的要求。宜優(yōu)先選用通用的和標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，減少制作、安裝工作量。

[1]李天.建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .2010.

[2]趙玉星.常用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).2008.

[3]趙風(fēng)華.鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)(下冊).2010.